计算机组成原理第五章

➢ 利用微程序顺序执行来实现微操作
➢ 时序信号产生电路简单
5、3、2、时序信号产生器
➢ 功能:产生时序信号
各型计算机产生时序电路不相同 大、中型计算机得时序电路复杂,微型计算机得
时序电路简单
➢ 构成:
时钟源:石英晶体振荡器 环形脉冲发生器 节拍脉冲与读写时序译码逻辑 启停控制逻辑
5、3、2、时序信号产生器
➢ 构成
5、3、2、时序信号产生器
➢ 时钟源----石英？
➢ 若在石英晶体上施加交变电场,则晶体晶格将产生 机械振动,当外加电场得频率与晶体得固有振荡频 率一致时,则出现晶体得谐振。由于石英晶体在压 力下产出得电场强度很小,这样仅需很弱得外加电 场即可产生形变,这一特性使压电石英晶体很容易 在外加交变电场激励下产生谐振。其振荡能量损 耗小,振荡频率极稳定。这些再加上石英优良得机 械、电气与化学稳定性,使它自40年代以来就成为 石英钟、电子表、电话、电视、计算机等与数字 电路有关得频率基准元件。
DBus->DR
DR->R0
➢ 在一个节拍电位中完成四个细节操作 ➢ 有时序关系得四个操作 ➢ 通过节拍脉冲确定先后次序
节拍 电位
节拍 脉冲
5、3、2、时序信号产生器
➢ 启停控制逻辑
开机后有连续节拍脉冲 必须按需约束 需要按照规则动作 上边:启停逻辑
• Cr决定控制就是否有效
下边:
• Cr触发器+RS触发器 • 完整节拍生成
5、3、3 时序控制方式
➢ 怎样实现时序控制？已知:
机器指令所包含得CPU周期个数反映了指令得复杂程 度
CPU周期内得操作信号得数目与出现得先后次序也不 相同。
➢ 控制方式:控制不同操作序列时序信号得方法。 ➢ 分为以下几种:

常见的总线标准与接口
常见的总线标准
除了上述提到的ISA、EISA、VESA和PCI等总线标准外，还有一些其他常见的总线标准，如AGP总线 、PCI-E总线等。
总线接口
为了将各种设备连接到总线上，需要使用相应的总线接口。不同的总线标准对应着不同的接口规范， 如PCI接口、AGP接口等。这些接口规范定义了设备的物理特性、电气特性以及数据传输的协议等。
微程序控制器
定义
微程序控制器是一种实现计算机程序控制的方式，它通过微程序来控制计算机各个部件的操作。
组成
微程序控制器由控制存储器、微指令寄存器、微地址寄存器等部件组成。
原理
微程序控制器通过读取控制存储器中的微程序来控制计算机的操作，每个微程序包含一系列微指 令，每个微指令控制计算机执行一个基本操作。
计算机与外部世界进行 信息交换的桥梁和纽带 ，负责将外部信息输入 到计算机内部进行处理 ，并将处理结果输出到 外部设备。
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中央处理器（CPU）
CPU的组成与功能
组成
CPU由运算器、控制器和寄存器 组等部件组成。
功能
CPU是计算机的核心部件，负责 执行程序中的指令，完成各种算 术和逻辑运算，并控制计算机的 各个部件协调工作。
关键术语和概念
计算机系统
指令系统
中央处理器
存储系统
输入输出系统
由硬件系统和软件系统 两大部分组成，它们共 同协作以完成各种计算 任务。
计算机硬件能够识别和 执行的一组基本操作命 令，它是软件与硬件之 间的接口。
计算机的运算核心和控 制中心，负责执行各种 算术和逻辑运算以及控 制命令。
计算机中用于存放程序 和数据的装置，包括主 存储器、辅助存储器和 Cache存储器等。

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5.1 存储系统的组成
计算机组成原理
5.1.1 存储器分类 1.按存储器在计算机系统中的作用分类
⑴高速缓冲存储器
用来存放正在执行的程序段和数据，以便 CPU高速地使用它们。
⑵主存储器 用来存放计算机运行期间所需要的程序和数
据，CPU可直接随机地进行读写访问。
⑶辅助存储器
用来存放当前暂不参与运行的程序和数据，
⑵半导体存储器
采用半导体器件制造的存储器，主要有双极型存储器和 MOS型存储器两大类。
⑶磁表面存储器
在金属或塑料基体上涂一层磁性材料，用磁层存储信息， 常见的有磁盘、磁带等。
⑷光存储器
采用激光技术控制访问的存储器。
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5.1 存储系统的组成
计算机组成原理
4.按信息的可保存性分类
断电后，存储信息即消失的存储器，称易失 性存储器。断电后信息仍然保存的存储器，称 非易失性存储器。
存储体，程序和数据都存放在存储体中，它是存
储器的核心。
存储体
I/O 和 读 数据线 写 电 路
读/写控制线
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5.2 主存储器的组织
计算机组成原理
存储体是存储单元的集合体，存放程序和数据。
地址译码驱动电路包含译码器和驱动器两部分。
译码器将地址总线输入的地址码转换成与之对应的 译码输出线上的有效电平，以表示选中了某一单元；
驱动器提供驱动电流去驱动相应的读、写电路对被 选中单元进行读、写操作。
以及一些需要永久性保存的信息。CPU不能直接
访问它。
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5.1 存储系统的组成
计算机组成原理
2.按存取方式分类

指令格式
第19页
对于等长和不等长扩展法，根据采 用不同的扩展标志还可以有多种 不同的扩展方法。例如，对于等长
扩展4-8-12扩展编码法，有采用保留一 个码位标志的15/15/15扩展编码法，有 采用每次保留一个标志位的8/64/512扩 展编码法等，如图所示。
0000
0001
15 …
1110
1111 0000
零地址指令的可扩展位为12位，因此，零地址指令最多有
[(28−K)×212−L]×212条。
第36页
指令格式
5.1.3 指令字长度
一个指令字中包含二进制代码的位数，称为指令字长度。 而机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数，决定
了计算机的运算精度。机器字长通常与主存单元的位数一致。指
令字长度等于机器字长度的指令，称为单字长指令；指令字长 度等于半个机器字长度的指令，称为半字长指令；指令字长度 等于两个机器字长度的指令，称为双字长指令。例如，IBM370
第33页
指令格式
第34页
例5-4 某机指令字长32位，一个操作数地址为12位，有二地址指令、一地址指令和零地
址指令3种格式的指令。若采用扩展操作码的方式来设计指令，已知二地址指令K
条，一地址指令L条，问零地址指令有多少条？
指令格式
第35页
解 二地址指令格式如图所示。操作码长度为32−12×2=8（位）。
一条指令通常由操作码字段（OP）和地址码字段（A）组成，其基本格式如图所示。
操作码字段 （OP）
地址码字段 （A）
指令格式
操作码字段（OP）指出该指令应执行什么性 质的操作和具有何种功能。操作码是识别指令、了
解指令功能、区分操作数地址内容的组成和使用方法 等的关键信息。例如，指出是算术加运算，还是减运 算；是程序转移，还是返回操作。